找到指纹形成原因,我国表型组研究获突破

2022-01-12 17:11 来源:科技日报

开展人类表型组研究有一个很重要的目的,就是要发现基因—表型—环境之间以及宏观—微观表型之间的关联尤其是强关联及其背后的机制。首张“人类表型组导航图”发现了150余万个强关联,也带来了海量的“问号”,有待科学家去进一步破解。

肤纹表型是人体外观表型的重要组成部分。指纹是存在于手指皮肤上的凹凸纹路,因其恒定性及高遗传性,已成为目前研究最广泛的肤纹类型。而人类对指纹如何形成、何种基因在其中发挥了主导作用等生物学机制仍知之甚少。

为解开以上谜团,中国科学院上海营养与健康研究所汪思佳研究员团队、爱丁堡大学丹尼斯·赫顿教授团队和复旦大学金力院士团队联合国内外十余家科研机构对此展开深入研究,从定位与指纹纹路表型相关的遗传变异入手,面向23000多例个体进行全基因组关联扫描与多群体荟萃分析,从中识别出43个与人类指纹相关的遗传基因座。1月7日,相关研究成果发表于《细胞》上。

肢体发育基因影响指纹的“外貌”

研究团队经分析几百万遗传位点和指纹表型之间的关系后指出,人类肢体发育相关基因在指纹表型的形成中发挥了关键作用。

“我们观察到,43个与人类指纹表型相关的遗传基因显著富集在肢体发育与形成的相关通路,而非皮肤发育相关通路。”论文通讯作者汪思佳说,这一特征的发现令团队欣喜不已。其中,位于染色体3q26.2区域临近EVI1基因的变异位点与中间3枚手指,即食指、中指、无名指指纹的复合表型显著相关,从而为20世纪初就被发现的“中间三枚手指指纹高度相关”这一现象提供了表型组学和遗传学解释。

不止于此,基于小鼠动物模型和人胚胎组织的实验观察,研究团队发现,人类胎儿从肢体发育到肤纹形成的系列过程中,支持EVI1基因发挥塑造四肢和手指作用的,正是表达于肢体发育期的间充质细胞,而非皮肤发育期的上皮细胞。这进一步与研究结论相印合:指纹相关基因通过调控肢体发育来影响指纹的“样貌”。

通过多表型关联分析,该研究也发现指纹“样貌”与手指长度比例间的紧密相关性,两者有相同遗传基础。如小指相对越长,掌长相对越短,双手斗形花纹越多;而食指远端指节相对越长,斗形花纹则越少。

“通过这项研究,我们揭示了影响指纹‘外貌’形成的是一系列肢体发育相关的重要基因,这些基因在人体发育中往往起着重要的‘一因多效’作用。”汪思佳说,肢体发育基因是指纹表型的内在影响因素。

绘出全球首张“人类表型组导航图”

顺着这一思路,该项研究为肤纹与人体其他表型与疾病的关联研究提供了重要理论基础,有望打通宏观与微观表型的联系与作用机制。“目前,科学界已经发现不同的肤纹表型与许多先天遗传性疾病之间的关联,比如唐氏综合征患者可能会有断掌、足拇趾弓状球纹等特征。”汪思佳说,他们团队正和复旦大学附属儿科医院等医疗机构合作,希望将相关研究成果尽早运用在新生儿先天性疾病的早期筛查中,实现早诊断、早治疗。

开展人类表型组研究有一个很重要的目的,就是要发现基因—表型—环境之间以及宏观—微观表型之间的关联尤其是强关联及其背后的机制。据悉,中外科学家正合作推进人类表型组大科学计划。正在张江平台开展的上海自然人群健康表型核心队列研究,将对相当规模的志愿者群体尽可能多、尽可能全地采集表型数据,进而发现并解析表型之间的强关联,尤其是那些与人类健康息息相关的表型间的强关联,最终形成一张由各种强关联组成的“导航图”,为未来的生命健康研究提供新的指引和方向。

目前,通过对800余人、每人测量近3万个表型的队列研究,联合团队已经初步绘制了全球首张“人类表型组导航图”,发现了150余万个强关联,其中跨尺度强关联占39%,大部分是科学界首次发现。“这张‘导航图’,为我们带来了海量的‘问号’,正等待科学家去进一步研究、破解,这也是我们下一步的重要工作之一。”论文共同通讯作者、中国科学院院士、复旦大学教授金力说道。



责任编辑:张璐

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